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Führungsnachwuchs für China und Japan. Explorative Analyse der Rekrutierungsstrategien deutscher Unternehmen
No full textDie Arbeit generiert neue Erkenntnisse zu den Führungsnachwuchs-Rekrutierungsstrategien deutscher Unternehmen im Kontext landesspezifischer Rahmenbedingungen und leistet damit einen wissenschaftlichen Beitrag von praktischer Relevanz. Sie stützt sich auf die Grundannahmen des wissensbasierten Ressourcen- und des marktorientierten Situationsansatzes und zeichnet sich durch eine komparative Herangehensweise, die systematische Kombination quantitativer und qualitativer Methoden sowie eine explorative Datenerhebung aus. Umfangreiche Primärdaten wurden im Rahmen einer Online-Fragebogenuntersuchung (2010) sowie leitfadengestützter Telefoninterviews (2014) erhoben. Mithilfe einer Clusteranalyse der Rekrutierungsstrategien von repräsentativen 24,39 % der zum Untersuchungszeitpunkt sowohl in China als auch in Japan mit Tochtergesellschaften vertretenen deutschen Unternehmen (50 Fälle) in Verbindung mit einer typologisierenden Inhaltsanalyse von jeweils drei repräsentativen Fallstudien aus den drei identifizierten Hauptclustern konnte nachgewiesen werden, dass der Erfolg der Führungsnachwuchs-Rekrutierungsstrategien von differenten Kontextfaktoren abhängt (v. a. Einsatzland und Internationalisierungsgrad). Insgesamt konnten drei verschiedene Unternehmenstypen mit unterschiedlichen Verhaltensmustern bei der Führungsnachwuchs-Rekrutierung identifiziert werden, die grundsätzlich voneinander abweichende Antworten auf die Frage nach globaler Standardisierung versus Lokalisierung im Personalmanagement bereithielten: der ‚multinationale‘, der ‚globale‘ und der ‚transnationale‘ Unternehmenstyp. Des Weiteren stellte sich heraus, dass ungeachtet unterschiedlicher Rahmenbedingungen aufgrund der beiden Arbeitsmärkten gemeinsamen Knappheit von Führungsnachwuchskräften die Etablierung einer starken Arbeitgebermarke (employer branding) und eine Präsenz in den digitalen Medien cluster- und länderübergreifend eine Voraussetzung für den Führungsnachwuchs-Rekrutierungserfolg bildet
Structural Health Monitoring of Wind Turbine Systems: Data-based Lifetime Models Development for Integration into Control Systems
No full textAufgrund unterschiedlicher Lastprofile unterliegen technische Systeme individuellen Änderungen durch die Schadenserhöhung und die Änderungen von Systemparametern über die Einsatzdauer. Diese Änderungen führen zu einer Abnahme der Systemzuverlässigkeit und letztlich zum Funktionsverlust. Da die Alterung eines Systems
unvermeidbar ist, sind sowohl die Identifikation von Effekten, die den größten Beitrag zum Funktionsverlust haben als auch die Vorhersage der verbrauchten bzw. verbleibenden Lebensdauer von zentraler Bedeutung zur Einleitung geeigneter Maßnahmen unter Berücksichtigung des momentanen State-of-Health (SoH).
Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer effizienten Strategie zur Bestimmung des SoH und der Lebensdauervorhersage ausgewählter Komponenten rekuperativer und alternativer Energieerzeugungssysteme. Konkret werden die Komponenten von Wind-Turbinen (WT) betrachtet. Elementare Bestandteile sind somit insbesondere
die Anpassung von Betriebsbedingungen und die Steigerung der Lebensdauer durch adaptive Regelungsstrategien auf Basis des geschätzten SoH. Zentrales Ziel der Arbeit ist die Modellbildung der Funktionalität technischer Systeme also die
Erstellung von Lebensdauermodellen, welches die Grundlage zur Entwicklung einer geeigneten Regelungsstrategie bildet. Der Konzept ist als das Safety and Reliability Control Engineering (SRCE) Konzept genannt und wurde erstmals im Jahr 1996 entwickelt und veröffentlicht. Das eingeführte SRCE-Konzept ermöglicht es, die Systemzuverlässigkeit zu beeinflussen und die Lebensdauer unter Ber¨ucksichtigung
von Wissen bezüglich des aktuellen SoH zu steigern. Zur Entwicklung eines Lebensdauermodells ist es notwendig, die Zusammenhänge zwischen den Messergebnissen eines Structural Health Monitoring (SHM) Systems und der Zustandsdegradierung zu identifizieren. In diesem Kontext wird ein Schwerpunkt dieser Arbeit auf SHM von Windturbinen Komponenten gelegt, wobei besondere Aufmerksamkeit auf SHM Methoden gerichtet wird, die zur Überwachung von Rotorblättern, Lagern, Getrieben sowie Energiespeichern geeignet sind. In diesem Sinne werden nicht nur einzelne Komponenten in ihrer Gesamtheit Berücksichtigt, sondern auch die verschiedenen Einsatzmaterialien (Verbundwerkstoffe, metallische Strukturen). Anhand eines Simulationsmodells wird die Implementierung einer adaptiven Regelungsstrategie für eine Windturbine diskutiert, welche die Möglichkeit zur gleichzeitigen Verlängerung der Lebensdauer sowie Leistungsregelung illustriert. Gemäß den Voraussetzungen für eine adaptive Regelungsstrategien wird die Ermüdungslast von Windturbinen untersucht und in das Modell integriert. In
diesem Fall wird der Reglerentwurf durch Wissen, welches aus der Untersuchung der Ermüdungslast resultiert, und der Restlebensdauervorhersage bedingt. Die in dieser Arbeit vorgeschlagene, zuverlässigkeitsorientierte Regelungsstrategie beeinflusst die Zuverlässigkeit des Systems durch an den aktuellen SoH angepasste Regelungsvorgänge.
Außerdem werden drei neue, im Kontext dieser Arbeit entwickelte Ansätze zur Lebensdauermodellierung präsentiert. Diese greifen auf SHM Daten aus der Überwachung eines tribologischen Systems zurück. Zusätzlich zur Entwicklung der Lebensdauermodelle für das tribologische System werden Untersuchungen bezüglich verschiedener Schädigungsmechanismen und Ansätze zur Lebensdauermodellierung von Lithium-Ionen Batterien (LIBs) anhand experimenteller Daten eines LIB Prüfstand dargestellt und diskutiert.
Der Hauptbeitrag dieser Arbeit liegt in der Entwicklung neuer Ansätze zur Lebensdauermodellierung und dem Nachweis, dass eine adaptive, zuverlässigkeitsorientierte Regelungsstrategie die Vermeidung von vorzeitigem Systemversagen, erhöhten Betriebs- sowie Wartungskosten als auch kritischer Situationen, die zu großen ökonomischen sowie menschlichen Verlusten führen, ermöglicht.
Mit den drei vorgeschlagenen Lebensdauermodellen konnten die vorgegebene oder zufriedenstellende Vorhersagegenauigkeiten erzielt werden. Dabei sind jedoch die Anzahl der Modellparameter, die Modellkomplexität, die Genauigkeit des Models und die Anforderungen an die experimentellen Datensätze unterschiedlich. Diese vier Kriterien werden vor dem Hintergrund der Modellevaluierung und Anwendbarkeit auf reale Systeme diskutiert.
Durch die Messung struktureller Lasten und des Effektes mechanischer Belastung auf die Systemzuverlässigkeit kann gezeigt werden, dass eine adaptive Regelungsstrategie
die Reduktion struktureller Lasten, insbesondere der auf die Rotorblätter wirkenden flap-wise Biegemomente, ermöglicht und somit eine Möglichkeit zur Steigerung der Restnutzungsdauer darstellt. Dabei ist die Diskrepanz zwischen gewünschter und tatsächlicher Generatorleistung minimal. Die Ergebnisse zeigen, dass im Fall exzessiver struktureller Lasten am Ende der Lebensdauer die Regelungsziele im Kontext der Energieerzeugung geringfügig geopfert werden. Die dargestellten Ergebnisse wurden mit einem Simulationsmodell einer Windturbine erzielt.Technical systems experience different changes due to damage increase and the change of system parameters over service lifetime. These changes are caused by system exposure to different loading profiles, leading to decreased reliability and ultimately to the loss of functionality. Concerning inevitable aging of the system, it is important to examine effects with highest impact to reducing reliability and
to predict the remaining or consumed lifetime of the system so that appropriate actions can be performed in accordance with actual State-of-Health (SoH).
This thesis concerns the establishment of an efficient approach for determining the SoH and lifetime prognosis of particular components of recuperative and alternative power generation systems. Concretely, Wind Turbine (WT) systems are considered. The adaption of operation conditions in accordance to estimated current State-of-Health as well as extension of the lifetime through adapted control strategy
is therefore an important part. The main aim of the thesis is modeling of functionality of technical systems through the establishment of lifetime models, which are prerequisite for the development of suitable control strategy. Such control concept is known as Safety and Reliability Control Engineering (SRCE) concept and is firstly introduced and published in 1996. Aforementioned concept enables affecting system’s reliability and the extension of the lifetime by integrating the knowledge
about current SoH into the control strategy. To establish lifetime model, the measurements from Structural Health Monitoring (SHM) systems and their correlation to the degradation is necessary. In accordance with this, special emphasis in this thesis is given to SHM of wind turbine components, especially those SHM methods applicable to rotor blades, bearings and gearboxes, as well as energy storage devices. In this sense, not only an examination of the component itself but also an examination of its constituent materials, are taken in consideration (composite materials,
metallic structures). Implementation of adapted control strategy illustrating simultaneously the possibilities
for lifetime extension and power regulation are discussed using simulation model of wind turbine. In accordance with prerequisites for adapted control strategy implementation, wind turbine fatigue load is examined and integrated into the
model. Controller design in this case is conditioned by the knowledge about examined fatigue load and predicted remaining useful lifetime. Reliability-oriented control strategy proposed in the thesis affects system’s reliability through adapted control actions in accordance with current SoH.
Additionally, the development of three new lifetime modeling approaches taking in consideration SHM data from tribological system are presented in this thesis. Beside lifetime model establishment concerning tribological system, an examination of damage mechanisms and lifetime modeling approaches related to Lithium-Ion Batteries (LIBs) using experimental data from LIB test rig is illustrated and discussed.
Main contribution of this thesis lies in the development of new lifetime modeling approaches and in proved possibility of adapted reliability-oriented control strategy to avoid premature failures of the system, increased operation and maintenance costs, as well as critical events leading to high economical and human resource losses.
Obtained results concerning proposed lifetime models with regards to prediction accuracy are satisfying for all three proposed models. The number of model parameters,
model complexity, prediction accuracy, and requirements set on experimental data sets used for model training vary. These four criterion are discussed in terms of model evaluation and determination of model applicability to real systems.
By tracking structural loads and effect of induced mechanical stresses on system’s reliability, it is illustrated that structural loads, primarily flap-wise bending moments of rotor blades, are decreased through adapted control strategy providing extension of remaining useful lifetime. The discrepancy between desired and obtained generator power is held as less as possible. According to the results, control objectives
related to power generation are slightly sacrificed, but only when the level of structural load is excessive and the system is close to its end of life. Presented results are obtained using simulation model of wind turbine
Study of magnetic relaxation dynamics in soft matter nanoparticle composite systems
No full textDie vorliegende Arbeit behandelt magnetische Relaxationsphänomene von Eisenoxid-Nanopartikeln, eingebracht in verschiedene viskose und viskoelastische Kompositmaterialien, und deren Reaktion auf externe Stimuli. Die Kombination magnetischer Nanopartikel und verformbaren Matrixmaterials eröffnet eine Vielzahl möglicher Anwendungen, von denen jede eigene Anforderungen an die Reaktion des Komposits auf seine Umgebung hat, welche durch die Magnetisierungsdynamik der eingebetteten Nanopartikel bestimmt wird. Daher liegt das Hauptaugenmerk auf dem Einfluss der Nanostruktur des umgebenden Mediums und der Partikel-Matrix-Wechselwirkung auf das dynamische Magnetisierungsverhalten der Partikel im Soft-Matter Komposit. Um einen Vergleich dieser Größen auf verschiedenen Längen- und Zeitskalen zu ermöglichen, wurde AC-Suszeptometrie (ACS) ergänzend zur Mössbauerspektroskopie (MS) durchgeführt. Weitere Informationen über magnetische Struktur und Relaxationseigenschaften der Partikel ergaben sich aus Röntgenbeugungsexperimenten (XRD), Ferromagnetischer Resonanz (FMR) und SQUID-Magnetometrie. Um den Einfluss interpartikulärer Wechselwirkung auf Néelsche Relaxation als primären Relaxationsmechanismus kleiner Nanopartikel zu untersuchen, wurde das Relaxationsverhalten verschieden dick beschichteter 6 nm Eisenoxidpartikel verglichen. Neben einem geringen Effekt der Beschichtung auf die statische magnetische Struktur der Partikel konnte eine deutliche Änderung der Néelschen Relaxationsrate nachgewiesen werden. Im Vergleich beschichteter Magnetitpartikel von 6 - 26 nm in Glycerollösung konnte der Übergang von Néelschem Superparamagnetismus zum (Pseudo-)Superparamagnetismus hervorgerufen durch Brownsche Bewegung beobachtet werden, was es ermöglichte beide Prozesse bei verschiedenen Temperaturen und externen Magnetfeldern zu studieren. Auf diese Weise konnten zum ersten Mal Parameter beider Relaxationsmechanismen gleichzeitig mittels Mössbauerspektroskopie ermittelt werden. Im direkten Vergleich von Mössbauerspektroskopie- und AC-Suszeptometriemessungen wurde in eingehenden Untersuchungen von Hämatitnanospindeln in Ferrohydrogelen die Einschränkung der Partikelmobilität abhängig von der Vernetzungsdichte des Hydrogels untersucht, wobei in den letztgenannten ACS-Experimenten keine Anzeichen magnetischer Relaxation erkennbar waren. Dieser scheinbare Widerspruch konnte unter Berücksichtigung eingeschränkter Partikelbewegung in räumlich begrenzten Polymermaschen und den beiden Techniken zugänglichen Zeitskalen und Relaxationsarten erklärt werden. Ein ähnlicher Ansatz wurde genutzt, um die Brownsche Bewegung Ölsäure-beschichteter Magnetit-Partikelcluster in verschiedenen Polymerarten quantitativ zu bestimmen. Aufbauend auf der Analyse der magnetischen Struktur und Diffusionsbewegung wurden Beiträge Néelscher und Brownscher Relaxation in detaillierten AC-Suszeptometriemessungen identifiziert und interpretiert, was zudem die Abschätzung der hydrodynamischen Clustergröße ermöglichte
Mass spectrometric analysis of nanoparticle formation in premixed low-pressure flames
No full textDie vorliegende Arbeit umfasst Untersuchungen zu Bildung und Wachstum von Eisenoxid- und Wolf-ramoxid-Nanopartikeln in einem vorgemischten Niederdruckflammenreaktor bei Zugabe von Eisenpenta¬carbonyl (Fe(CO)5) beziehungsweise Wolframhexafluorid (WF6) als Prekursor. In Niederdruckflammen können die Partikelbildungsprozesse mithilfe von Molekularstrahl-Probenahmetechniken und laseroptischen Messverfahren im Detail untersucht werden. Mit diesem Untersuchungssystem konnte der bestehende Reaktionsmechanismus zur Synthese von Eisenoxid-Nanopartikeln aus Flammen ergänzt und validiert werden. Hinsichtlich eines Reaktionsmechanismus für die Synthese von Wolframoxid-Nanopartikeln aus Flammen wurden wichtige Intermediate identifiziert und deren Konzentrationsprofile ermittelt, wodurch die Erstellung eines Mechanismus ermöglicht wurde.
Es wurde festgestellt, dass sich die Zerfallskinetik der beiden Prekursoren erheblich unterscheidet. Wäh-rend Fe(CO)5 bereits vor der Flammenfront aufgrund der lokalen Temperatur zerfällt und zur intermediären Bildung von Eisen-Clustern führt, reagiert WF6 mit dem in der Flamme gebildeten Wasser.
Für Eisenoxid wurden die Zerfallsprodukte des Prekursors und die Wachstumsspezies des Reaktions-mechanismus über Flugzeitmassenspektrometrie (TOF-MS) erstmal in der Niederdruckflamme nachge-wiesen. Messungen mit Partikelmassenspektrometrie (PMS) konnten zeigen, dass ein monotones Parti-kelwachstum vorliegt. Abweichungen von diesem Wachstum, wie sie in der Vergangenheit beobachtet wurden, konnten auf durch Auftriebseffekte verursachte Artefakte zurückgeführt werden.
Die Synthese von Wolframoxid-Nanopartikeln wurde erstmals umfassend mit Inline-Messungen unter-sucht. Es konnten sowohl stöchiometrische als auch unterstöchiometrische WOx-Cluster als wesentliche Intermediate des Wachstumsprozesses identifiziert werden. Es liegt ein schrittweises Wachstum vor, bei dem größere WO3-Cluster auf Kosten kleinerer Cluster wachsen. Die mit PMS und Quarzmikrowaage (QCM) detektierbaren Spezies wachsen anschließend aus den größeren Clustern.
Erstmals konnte die Größenverteilung geladener Nanopartikel mit einer Quarzmikrowaage ermittelt werden, wobei sich wie erwartet eine massebasierte Größenverteilung einstellt, anstelle der anzahlbasierten Größenverteilung aus den Messungen mit einem PMS und Faraday-Detektoren. Aufgrund der höheren Messzeit und der schlechteren Nachweisbarkeit kleiner Partikel bei Verwendung einer QCM im Vergleich mit klassischen PMS-Messungen erweist sich diese Methode nicht als vorteilhaft.
Die Kombination von QCM- und PMS-Messungen liefert wichtige Zusatzinformationen. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Aufladung der Partikel auf Kollisionen mit geladenen Flammenionen beruht, der Einfluss von thermischer Aufladung der Partikel kann bei den vorliegenden Prozessbedingungen der Par¬tikelsynthese vernachlässigt werden. Der Anteil geladener Partikel konnte dabei aus den Massendepositionsraten auf einer Mikrowaage auf der Achse des Molekularstrahls mit und ohne angelegte Ablenkspannung bestimmt werden. Das Verhältnis von positiv zu negativ geladenen Partikeln wurde aus den PMS-Signalen berechnet.
Das Vorliegen von unterstöchiometrischem Wolframoxid konnte schon während der Synthese in Form von Clustern mit einem fehlenden Sauerstoffatom gezeigt werden, dieser Zusammenhang zwischen nachweis¬baren Intermediaten und Eigenschaften der resultierenden Nanopartikel stellt einen weiteren Schritt auf dem Weg zur detaillierten Beschreibung der Synthese metalloxidischer Nanopartikel in Flammen dar.In this thesis, the combustion synthesis of nanoscale iron-oxide and tungsten-oxide particles from the precursors iron pentacarbonyl (Fe(CO)5) and tungsten hexafluoride (WF6) is investigated in a low-pressure flat flame. Low-pressure flat flames allow a detailed investigation of the particle formation and growth mechanism. The reactor is equipped with molecular-beam sampling of post-flame gases at varia-ble height above burner (HAB) and can as well be studied by laser-optical in situ methods. On the one hand, the established reaction mechanism for the flame synthesis of iron oxide nanoparticles was com-pleted and validated. On the other hand, main intermediate tungsten species were identified aiming towards a reaction mechanism for tungsten oxide nanoparticles.
While Fe(CO)5 decomposed rapidly in the preheating zone of the flame giving rise to iron clusters before reaching the flame front, WF6 reacts with water produced in the flame in the flame front.
Regarding the synthesis of iron oxide the decomposition products of the precursor and the main intermediates of the particle growth mechanism have been studied for the first time in a low pressure flame using time-of-flight mass spectrometry (TOF-MS).
As the burner has been shifted from a horizontal configuration to a configuration where the flame burns from bottom to top towards the sampling nozzle, buoyancy effects on the flow pattern could be avoided. This led to the observation of a monotonous particle growth measured by particle mass spectrometry (PMS) and a quartz crystal microbalance (QCM). This result indicates that previous measurements with horizontally-arranged flames have partially been affected by buoyancy leading to an erroneous determination of particle growth rates at large distances from the burner.
Inline measurements of import intermediates of the growth of WOx nanoparticles were performed for the first time. Stoichiometric as well as sub-stoichiometric clusters of tungsten oxide were identified as main intermediates of the subsequent WOx particle formation process. With increasing HAB, (WO3)n clusters with increasing cluster size appear in the burnt gases at the expense of the concentration of W1 species. Small clusters appear at larger HAB compared to W1 species, followed by larger clusters at even larger HABs.
Within this work, the particle-size distribution of charged nanoparticles was measured for the first time using a QCM as the detector instead of a Faraday cup. As a QCM measures deposited mass rather than the number of charges, the particle-size distribution is mass related. The mass related distribution can be converted to the standard number-based PMS distribution using Hatch-Choate equations for log-normally distributed particle sizes. Compared to the classical PMS measurements, the use of a QCM to measure deflected nanoparticles leads to longer measurement times and reduced sensitivity for smaller particles, which makes this method less suitable for detailed studies of particle growth in the initial phase.
Complementing PMS measurements with QCM measurements on the axis of the molecular beam offers the possibility to measure the fraction of charged nanoparticles in the molecular beam. By using this approach, collisions of particles with flame ions could be identified as the main charging mechanism of the metal-oxide nanoparticles for our conditions. The absolute amount of charged nanoparticles was evaluated by comparing the mass deposition rate on the axis with and without applying a deflection voltage. The relative amount of positively and negatively charged nanoparticles was calculated from the PMS signal.
The formation of sub-stoichiometric tungsten-oxide particles that is observed under oxygen-deficient flame conditions was studied for the first time also in the early phase based on oxygen-deficient clusters detected via TOF-MS. Linking product properties with measureable intermediates is another key step towards the detailed description of the synthesis of metal-oxide nanoparticles
Learning democracy - normative ideal or constructive alternaty?
No full textObwohl im demokratiepädagogischen Diskurs Einigkeit darüber besteht, das Schulen Kinder und Jugendliche für das Leben in einer demokratischen Gesellschaft lebensweltlich vorzubereiten hätten, und neben den Absichtserklärungen zudem in Schulen auch Bemühungen vorhanden sind, weisen einschlägige Studien ein anderes Bild auf. Nicht immer gelingt es den schulischen Bestrebungen bei der Gestaltung von Übergängen eine Brücke zwischen Schule hin zur demokratischen Gesellschaft zu schlagen. Zu fragen ist daher, ob die Vermittlungsvorstellungen von Demokratie in der Schule eine konstruktive Möglichkeit oder doch eher ein nicht zu erreichendes, normatives Ideal darstellen. Unter der Annahme, dass Demokratie als Begriff und politisches System zwar ein selbstverständliches Merkmal der modernen deutschen Gesellschaft ist, scheint es doch nicht immer ganz klar zu sein, was genau unter dem Begriff zu verstehen ist. Aussagen von schulischen Akteur*innen zu und über Demokratie dokumentieren die Bandbreite an Ideen und Vorstellungen. Die Vorstellungen changieren im Allgemeinen zwischen unterschiedlichen Aspekten. Die staatliche Bildungsaufgabe sieht nun aber Politische Bildung innerhalb der Organisation Schule vor, mit dem Ziel, der nachwachsenden Generation das Eingliedern und damit den Übergang von Schule in eine demokratisch verfasste Gemeinschaft zu ermöglichen, damit das etablierte politische System nicht nur bestehen bleibt, sondern gleichwohl auch kritisch hinterfragt und weiterentwickelt wird. Im Vordergrund sollte nach gängiger Auffassung der Demokratiepädagogik aber nicht nur der kognitive Wissenserwerb über Demokratie stehen. Demokratie wird aus demokratiepädagogischer Perspektive als lebensweltliches Vermittlungsprinzip von Politischer Bildung aufgefasst und soll durch erfahrungs- und handlungsorientierte Lehr- und Lernprozesse den Aufbau von demokratischer Handlungskompetenz im institutionellen Kontext begünstigen. Durch das Eröffnen von Handlungsräumen sollen den Schüler*innen Handlungsmöglichkeiten im Erfahrungsraum Schule angeboten werden, damit sich diese demokratisches Wissen, Können und Haltungen aneigenen können. Soweit die demokratiepädagogische Vision. Mit Blick auf die eingangs angeführte Annahme über das Verständnis von Demokratie, stellt sich jedoch die Frage, wie Demokratie angesichts der vielfältigen und höchst differenten Vorstellungen in der Schule gelehrt und gelernt werden kann, da den inhärenten Ideen und Idealen handlungsleitende Wirkung zugesprochen wird. Aus diesem Grund beschäftigte sich die Qualifikationsarbeit mit dem Lernen von Demokratie im Kontext Schule und allgemein. Es galt, in Kombination mit einer fundierten theoretischen Analyse aus fachwissenschaftlicher und pädagogischer Perspektive sowie anhand einer daran anschließenden empirischen Analyse, die demokratiepädagogische Vision der lebensweltlichen Vermittlung und die real gemachten Erfahrungen von Akteur*innen an verschiedenen Einzelschulen in den Blick zu nehmen. Ziel war es herauszuarbeiten, ob und wie Demokratie-Lernen an den Schulen realisiert wird. Gefragt wurde u.a. danach, was die Akteur*innen unter Demokratie verstehen, wie ihrer Ansicht nach eine demokratische Schule aussehen könnte sowie welche strukturellen Bedingungen förderlich und welche hinderlich wirken. Diesen Fragen wurde mittels Erhebung und Analyse von Erfahrungen und latenten Denkstrukturen der schulischen Akteur*innen beantwortet. Fazit ist: Demokratie-Lernen ist beides und bewegt sich dabei im Spannungsfeld zwischen konstruktiver Möglichkeit und normativem Ideal – je nachdem welcher Vermittlungstypus (Aktivtypus/Führungstypus) stärker an den Schulen ausgeprägt ist.Though the democratic education discourse agrees that schools have to prepare children and adolescents to live phenomenologically in a democratic society, and efforts are being made in schools in addition to the declarations of intents, relevant studies show a different picture. In spite of their efforts, schools do not always succeed, in the process of organizing transitions, in building a bridge between school towards a democratic society. The question arises, therefore, whether the perceptions of transmitting democracy at school represent a viable option or a normative ideal that cannot be reached. Under the assumption that democracy, as notion and political system, is indeed a natural characteristic of the modern German society, the meaning of this term does not seem to be always fully clear. Comments from school actors and actresses on democracy document the wide range of ideas and conceptions. These conceptions change in general between different aspects. The governmental educational task provides now for Political Education within the organization “school” aiming thus at supporting the integration and the transition from school into a democratically constituted community for the future generation, in order to not only maintain the established political system but also to critically scrutinize and develop it. In the foreground, according to the common view of civic education, the cognitive acquisition of knowledge should not stand above democracy. From the democratic education perspective, democracy is described as a phenomenological transmission principle of political education and should encourage the building of the democratic competence in the institutional context through experience and action-orientated teaching and learning processes. Through the opening of rooms of actions/fields of activities pupils should be given the possibility to act within their learning environment, school, in order for them to acquire this democratic knowledge, competence and attitude. So much for the democratic education vision. Given the introductory hypothesis mentioned, we face the question of how democracy, according to the various and highly different perceptions, can be taught and learned at school, since the inherent ideas and ideals have a guiding effect. For this reason, this qualification work concentrates on the learning of democracy in the context “school” and in general. The objective was, combining both an in-depth theoretical analysis from a scientific and educational perspective and its empirical estimation, to examine the democratic education vision of the phenomenological transmission and the real experiences made by the actors and actresses in different schools. The goal was to identify if and how the learning of democracy is achieved. The protagonists were asked, among others, what they understand under the term of democracy, how a democratic school would look like according to them, as well as which structural conditions are necessary and which are obstructive. These questions have been answered through the collection and analysis of the experiences and latent thought patterns of the school actors and actresses. The conclusion is that the process of learning democracy is both and finds itself caught between a constructive option and a normative ideal, whichever transmission type (active type/guide type) is more pronounced in the respective schools
Verbesserungen der Dosimetrie von 106Ru/106Rh ophthalmologische Applikatoren: Monte-Carlo-Simulationen und radiochromische Filmmessungen
No full textEye cancer is an uncommon disease. Despite its low incidence, ocular tumors such as uveal melanoma and retinoblastoma can be life–threatening in many cases. For small–to–medium ocular tumors, brachytherapy with radioactive 106Ru/106Rh plaques offers good outcomes in terms of local control and disease–free survival. Although these plaques have been used for decades, the measurement and calculation of the produced dose distributions remain challenging
tasks. This thesis aims at improving the current knowledge on the theoretical and experimental dosimetry of 106Ru/106Rh plaques.
First, we used Monte Carlo simulation of radiation transport to estimate accurate absorbed dose to water distributions produced by twelve plaque models. Secondly, we developed a practical experimental technique to measure in water the planar dose distributions produced by the plaques. For this experimental validation the EBT3 radiochromic film model was used which, in turn, required to characterize the absorbed–dose energy dependence of this new film model by means of Monte Carlo simulation. A detailed uncertainty analysis was carried out for simulation and experimental results. Both the simulated and measured absorbed dose distributions were compared with the available literature.
The simulated dose distributions agreed within 3% with published data and with the EBT3 measurement results. Some discrepancies from the literature were also solved. This is the first, and currently unique, comprehensive dosimetry dataset for 106Ru/106Rh plaques. Therefore, it can become the basis for the first consensus dataset available. This dataset could also be useful for quality assurance of treatment planning systems.
The simulation of the EBT3 film confirmed an improvement in the absorbed-dose energy dependence for this film model respect to older models. Applications for this film are found in many areas of medical physics.
The measured dose distributions achieved a good agreement in absolute dosimetry with measurements by the manufacturer, and in relative dosimetry with the simulation results. The proposed method would allow users to check absolute dose distributions close to the
plaque surface, and directly in water, thus avoiding the conversion from dose–to–plastic to dose–to–water, as it would occur if solid phantoms were used. With this method, a smaller experimental uncertainty was attained respect to the manufacturer and other authors
Direkte partielle Oxidation von Methan bei höherem Druck und die Auswirkung von Additiven
No full textDie partielle homogene Oxidation von Methan in stationären Maschinen wäre bei ausreichender Reaktionsgeschwindigkeit interessant zur gekoppelten preisgünstigen Erzeugung von Grundchemikalien wie Synthesegas, Formaldehyd, Methanol, Ethan, Ethen und weiteren hochwertigen Nutzchemikalien und der Abgabe von Wärme und Arbeit. Die Umsetzung des Brennstoffs mit dem Ziel, mehrere Größen, wie Arbeit, Wärme und Chemikalien, gleichzeitig auszugeben, wird auch Polygeneration genannt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die kinetischen Grundlagen des Prozesses sowohl experimentell als auch theoretisch zu untersuchen. Die Oxidation von Methan und Reaktionsmischungen aus Methan und geringen Anteilen von Ethan, Propen und Dimethylether als Additiv wurden unter brennstoffreichen Verhältnissen (ϕ = 20,00−22,25), bei hohen Drücken (6 bar), bei hohen Temperaturen (T = 531−1030 K) und langen Verweilzeiten (τ = 4,5−14,3 s) in einem Strömungsrohrreaktor mit Kolbenströmung untersucht. Darüber hinaus wurde auch die partielle Oxidation von Methan bei einem stöchiometrischen Verhältnis von ϕ = 2 und die partielle Oxidation von Ethan bei ϕ = 17,50 untersucht. Die Experimente wurden in einem extern beheizten und von einem Edelstahlrohr ummantelten Quarzrohrreaktor durchgeführt. Der Strömungsrohrreaktor wurde kontinuierlich verbessert. Die Gaszusammensetzung der Produkte wurde mit einem Flugzeit-Massenspektrometer analysiert.
Die experimentellen Ergebnisse wurden mit Hilfe von Vergleichsmessungen in Kaltgasgemischen quantifiziert und mit den Ergebnissen aus den Modellierungen, welche auf Simulationen mit Elementarreaktionsmechanismen beruhen, verglichen. Weiterhin wurde das Potential zur Aktivierung der Methanumsetzung mit Ethan, Propen und Dimethylether als Additive untersucht.
Die detaillierte Analyse der Reaktionskinetik zeigt, dass die partielle Oxidation von Methan sehr stark durch die Bildung und durch den Verbrauch von OH-Radikalen beeinflusst wird. Der geschwindigkeitsbestimmende Teilschritt im Reaktionsnetzwerk ist die Umsetzung des Methans mit dem Hydroxyl-Radikal. Die Bildung von Methanol wird durch hohe Drücke begünstigt. Die Konzentrationen der anderen Chemikalien wie CO, H2 und C2H4 steigen mit der Reaktionstemperatur an.
Ethan als Additiv zeigt keinen Aktivierungseffekt bei den Experimenten. Es wird lediglich die Produktverteilung leicht in Richtung Ethen verschoben. Des Weiteren steht Ethan in Konkurrenz mit dem Methan beim Verbrauch der wichtigen OH-Radikale bei der Startreaktion.
In den Experimenten mit Propen als Additiv startet die Umsetzung bei niedrigeren Temperaturen und die C1-Chemie wird beeinflusst. Die Konzentration für das Zwischenprodukt Methanol, sowie die Molanteile von Formaldehyd und Kohlenmonoxid steigen durch Propenzusatz in die Eduktgasmischung. Die Erhöhung der Propenkonzentration als Additiv erhöht die Ausbeute an Methanol.
Dimethylether als Additiv zeigt bei niedrigen Reaktionstemperaturen eine hohe Reaktivität und senkt die Starttemperatur. Eine weitere Erhöhung der DME-Konzentration in der Reaktionsmischung hat keinen Einfluss auf die Starttemperatur. Jedoch steigt durch DME-Zusatz die OH-Konzentration signifikant an.
Der Vergleich der experimentellen Daten mit der Simulation zeigt, dass die Konzentrationsverläufe grundsätzlich korrekt erfasst werden, jedoch die absoluten Molanteile Abweichungen aufweisen. Die detaillierte Analyse der Reaktionskinetik zeigt, dass die Startreaktion von Methan mit dem Hydroxyl-Radikal bei allen Experimenten eine wichtige Rolle spielt.
Angesichts der geringeren Reaktivität von Methan unter 1000 K ist die Zugabe von Additiven zum Gasgemisch ein gangbarer Weg, um die Starttemperatur zu senken und die partielle Oxidation von Methan attraktiver für die Erzeugung von Basischemikalien zu machen. Die experimentellen Ergebnisse in dieser Arbeit liefern wertvolle Daten zur Validierung von Reaktionsmechanismen in der Forschergruppe
Technical problem solving skills in everyday life – Theoretical development and empirical examination of the competency construct: Problem Solving in dealing with technical devices
No full textTechnologische Fortschritte haben dazu geführt, dass technische Geräte in immer kürzeren Abständen entwickelt werden und ihre Nutzung immer voraussetzungsvoller wird. Um dem Desinteresse, das sich aus negativen Erfahrungen im Umgang mit Technik ergibt und infolgedessen eine weitere Auseinandersetzung mit technischen Sachverhalten ausbleibt entgegenzuwirken, soll der allgemeinbildende Technikunterricht Schülerinnen und Schüler befähigen technische Probleme zu erkennen und zu lösen. Das Ziel die Problemlösefähigkeit einer Person zu fördern und die damit einhergehende Notwendigkeit zunächst einen Förderbedarf festzustellen, erfordert jedoch ein bereits ausformuliertes theoretisches Konstrukt sowie ein auf Grundlage dieses Theoriemodells entwickeltes Messinstrument.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Ausarbeitung eines solchen Konstruktes Problemlösekompetenz im Umgang mit technischen Alltagsgeräten und die darauf aufbauende Entwicklung eines Testinstrumentes, mit dem sich die in dem Konstrukt formulierten Annahmen überprüfen lassen. Hierzu betrachtet die vorliegende Arbeit technische Geräte nicht isoliert, sondern als Teil eines soziotechnischen Systems, zu dem auch die das Gerät bedienende Person gehört. Merkmale, die die Interaktion mit einem technischen Gerät beeinflussen, lassen sich in drei Bereiche einteilen: Systemmerkmale, Situationsmerkmale und Personenmerkmale. System- und Situationsmerkmale stellen dabei die Anforderungen an die problemlösende Person dar, während Personenmerkmale bestimmen, wie gut diese Anforderungen bewältigt werden können.
Um den Einfluss der genannten Merkmale auf den interagierenden Umgang mit technischen Systemen untersuchen zu können, wird ein computerbasierter Test, bestehend aus 15 simulierten technischen Geräten aus dem Alltag entwickelt, deren Komplexität, Vernetztheit, Dynamik und Intransparenz gezielt variiert werden. Als Indikatoren für die Problemlösekompetenz einer Person werden die Ergebnisse und Logfiledaten von 147 Studierenden (w = 52, m = 95) eines technischen Faches aus dem explorierenden und dem steuernden Umgang mit den Computersimulationen analysiert. Als Prädiktorvariablen werden außerdem fluide Intelligenz, Need for Cognition, Selbstwirksamkeitserwartungen sowie bereits mit den Geräten gesammelte Erfahrungen berücksichtigt.
Mithilfe von Regressions- und Strukturgleichungsmodellen kann zum einen gezeigt werden, dass das Merkmal Komplexität als die Menge an Informationen, die während der Systemexploration generiert werden muss, als auch eine fehlende Transparenz dieser Informationen bestimmen wie gut ein technisches Gerätes exploriert werden kann und damit, so ein weiteres Ergebnis, wie gut die anschließende Systemsteuerung gelingt. Gezeigt werden kann zum anderen auch, dass sich die Kompetenz im Umgang mit technischen Geräten von einer allgemeinen Problemlösefähigkeit unterscheidet und dass ausschließlich Intelligenz als Personenmerkmal einen erwartungskonformen Zusammenhang zur Problemlösekompetenz aufweist. Erklärungsbedürftig bleibt der erwartungswidrige Befund eines negativen Einflusses motivationaler Aspekte auf den problemlösenden Umgang mit technischen Geräten.Technological advances have led to the fact that technical devices are being developed in shorter intervals and the ability to apply them is more and more required. In order to counteract the lack of interest resulting from negative experiences by using technology, and consequently to encourage the further examination of technical issues, the general technology education should be designed to enable students to recognize and solve technical problems. The objective of encouraging a person's ability to solve problems and the associated demand to localize their needs requires first, however, an already elaborated theoretical construct as well as a measuring instrument developed on the basis of this theory model.
The aim of this research is the development of a problem-solving competency construct related to the handling of technical everyday devices and the development of a test instrument based on the aforementioned construct, with which the formulated assumptions containing in the theoretical model can be verified. For this purpose, the present research does not consider technical devices solely, but as part of a socio-technical system, in which the person operating the device is included, too. Characteristics that influence the interaction with a technical device can be divided into three areas: Characteristics that influence the interaction with a technical device can be divided into system, situation and person. System and situation characteristics represent the requirements for a person solving a problem, while personality features determine how well these requirements can be met.
In order to investigate the influence of these characteristics on the interaction with technical systems, a computer-based test consisting of 15 simulated technical everyday life devices is developed. Its complexity, interconnectivity, dynamics and transparency are deliberately varied. As indicators of personal problem-solving competence the results and log data from 147 students (w = 52, m = 95) of a technical school subject where analyzed in regard of the exploration and the meaningful operation of the technical systems. Further, predictive variables include fluid intelligence, need for cognition, belief of self-efficacy as well as already gained experience with the devices.
Using regression and structural equation models, it can be shown, that the attribute complexity as well as the amount of information that must be generated during system exploration as well as a lack of transparency of this information determine how well a technical device can be explored and, as an another result, how well the subsequent system control succeeds. Additionally, it can be shown that the competence in dealing with technical devices differs from a general problem-solving capability and that only intelligence as a personality characteristic has a relation to the problem-solving competency, which was expected.
Further investigation is needed for explaining the unexpected negative influence of motivational aspects on the problem-solving handling of technical devices
Characterising Learners in Online Communities Based on Actor-Artefact Relations
No full textOnline communities are of huge interest in terms of learning and knowledge creation because of the potential to distribute knowledge among possibly large audience independently from time and place. In this context, various forms of online learning have developed over time ranging from small learning groups to massive open online courses (MOOCs) with thousands of participants.
In order to support learning in those settings an increased understanding of specific characteristics of learners in online communities is necessary. Thus, dedicated means to gather valuable information from data produced in online learning environments have to be developed. This cumulative dissertation includes five publications aiming to make progress in this direction with a particular focus on the advancement of methods to analyse activity and interaction data of learners.
The methodological foundation of the work is (social) network analysis, which provides a well-grounded set of methods for structural analysis of relational data. Network analysis is especially suited since the collected data about actors (in this thesis mostly learners) who create and consume digital content (artefacts) can be modelled as actor-artefact networks. Those actor-artefact networks denote the starting point of all analyses presented in this dissertation, which target different aspects of learning in online communities, in particular the usage of learning resources, emergence of interest profiles, and information exchange between learners.
In the course of this work, stable artefacts that are not assumed to have changing content over time are distinguished from time-evolving dynamic artefacts (typically user generated content). In the case of stable artefacts, affiliations of learners to learning resources in online courses are analysed by identifying mixed clusters of learners and resources using network clustering algorithms. The evolution of these learner-resource clusters over time is investigated in detail leading to discoveries of typical resource access patterns that characterise learners regarding their interests in provided learning materials. The approach is further extended and combined with content analysis techniques to analyse thematic development in discussion forums.
Discussion forums are also the subject of two other studies investigating information exchange between learners in MOOCs. The evolving discussion threads are considered as dynamically evolving artefacts that are used to extract social networks reflecting information exchange between forum users. These networks are analysed to uncover different roles of forum users with respect to their positions in the network. For this task different approaches are described that are capable of modelling structural characteristics of the information exchange network over time and further take discussion topics as additional information into account.Online-Gemeinschaften sind aufgrund der Möglichkeiten Wissen zeit- und ortsunabhängig unter einer großen Menge von Adressaten zu verbreiten von großem Interesse bezüglich Lernens und Wissenskonstruktion. In diesem Kontext haben sich über die Zeit verschiedene Formen des Online-Lernens entwickelt, von kleinen Lerngruppen bis zu “Massive Open Online Courses” (MOOCs) mit tausenden von Teilnehmern.
Um das Lernen in diesen Bereichen zu unterstützen, ist ein besseres Verständnis spezifischer Charakteristiken von Lernenden in Online-Gemeinschaften notwendig. Um nützliche Informationen aus Daten zu gewinnen, die in Online-Umgebungen anfallen, sind dezidierte Methoden wichtig. Diese kumulative Dissertation beinhaltet Publikationen die auf Fortschritte in diesem Bereich abzielen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Weiterentwicklung von Methoden zur Analyse von Aktivitäts- und Interaktionsdaten von Lernern in Online-Gemeinschaften.
Das methodische Fundament ist dabei die (Soziale) Netzwerkanalyse, welche fundierte Methoden zur strukturellen Analyse von relationalen Daten bereitstellt. Netzwerkanalyse ist besonders geeignet, da Daten über Akteure (hier meistens Lernende), die digitale Inhalte (Artefakte) erstellen und konsumieren, als Akteur-Artefakt-Netzwerk modelliert werden können. Solche Akteur-Artefakt-Netzwerke sind der Ausgangspunkt aller in dieser Dissertation vorgestellten Analysen, die auf verschiedene Aspekte des Lernens in Online-Gemeinschaften abzielen, insbesondere die Nutzung von Lernressourcen, die Entwicklung von Interessensprofilen und Wissensaustausch zwischen Lernenden.
Im Verlauf dieser Arbeit wird zwischen stabilen Artefakten, die sich über die Zeit nicht verändern und sich über die Zeit entwickelnden dynamischen Artefakten (typischerweise Nutzergenerierte Inhalte) unterschieden. Im Fall von statischen Artefakten werden Affiliationen von Lernenden zu Lernressourcen in Online-Kursen untersucht, indem gemischte Cluster aus Lernenden und Lernressourcen mittels Netzwerk-Clusteringalgorithmen identifiziert werden. Die Evolution dieser Lerner-Ressourcen-Cluster wird eingehend untersucht, woraus Erkenntnisse über typische Ressourcennutzungsmuster gewonnen werden, die die Lernenden in Online-Gemeinschaften bezüglich ihrer Präferenzen zu Lernmaterialien charakterisieren.
Dieser Ansatz wird zudem weiterentwickelt und mit Techniken der Inhaltsanalyse kombiniert, um thematische Entwicklungen in Diskussionsforen zu analysieren.
Diskussionsforen sind auch Gegenstand zweier weiterer Studien, die den Austausch von Informationen zwischen Lernenden in MOOCs zu untersuchen. Die einzelnen Diskussionsstränge werden dabei als dynamische Artefakte angesehen, die dann dazu genutzt werden um soziale Netzwerke zu extrahieren, die den Informationsaustausch zwischen Lernenden abbilden. Diese Netzwerke werden dahingehend analysiert, unterschiedliche Rollen von Forumsnutzern bezüglich ihrer Position in dem Netzwerk zu identifizieren. Dazu werden verschiedene Ansätze vorgestellt, die die strukturellen Charakteristiken des Informationsaustauschnetzwerks über die Zeit darstellen, sowie Diskussionsthemen als zusätzliche Informationen berücksichtigen
Operando chemistry and electronic structure of electrode/ferroelectric interfaces
No full textIn the past decade, oxide-based heterostructures have been studied extensively as potentially attractive systems for applications in nanoelectronics. Among them, ferroelectric materials raised interest as potential support for those technological applications. Indeed, their spontaneous electric polarization easily switched by applying an electric field makes them a good basis for non-volatile data storage. Switching the polarization requires a metallic contact with an electrode, thus heterostructures of ferroelectric thin films with metallic electrodes have been widely studied. At the interface between those two materials, free charges of the electrode help screening the polarization induced surface charges detrimental to maintaining proper polarization in the ferroelectric thin film. With metallic oxide electrodes, an ionic displacement at the electrode/ferroelectric interface will help the screening, bringing this interface at the core of the screening process. However, despite important theoretical discoveries, direct experimental data is scarce and the behavior of the electrode/ferroelectric interface is still only partially understood. Further understanding is crucial for a proper integration of ferroelectric films in functioning nanometer-sized devices.
In this thesis, photoemission spectroscopy based techniques are used to probe the buried interface of an electrode/BaTiO3/electrode heterostructure, for two different top electrodes: the metallic oxide SrRuO3 and the Co metal. Combining operando hard X-ray photoemission spectroscopy, hard X-ray photoemission electron microscopy and time-resolved experiments, we acquired information on the behavior of the interface and its response to polarization switching. The work presented is a new step towards a complete understanding on the behavior of the interface between electrodes and ferroelectric materials, in the case of electrode / BaTiO3 / electrode heterostructures, in terms of electronic properties, kinetic, and fatigue. The three experiments presented combined state of the art characterization techniques, where the use of hard X-rays and in situ bias application made it possible to resolve the difficult task of probing buried interfaces in working conditions